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BIOPHYSIQUE DE LA CIRCULATION Mécanique des fluides Hémodynamique Biophysique cardiaque I - HEMODYNAMIQUE INTRA-CARDIAQUE 1 - Principe de fonctionnement.

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1 BIOPHYSIQUE DE LA CIRCULATION Mécanique des fluides Hémodynamique Biophysique cardiaque I - HEMODYNAMIQUE INTRA-CARDIAQUE 1 - Principe de fonctionnement 2 - Courbes pression-volume du ventricule 3 - Courbes pression-temps 4 - Méthodes d'etude de l'hemodynamique cardiaque II - TRAVAIL CARDIAQUE III - DETERMINANTS BIOPHYSIQUES DE LA PERFORMANCE VENTRICULAIRE 1 - Contractilité et compliance myocardiques 2 - Précharge (loi de Starling) 3 - Postcharge 4 - Fréquence

2 Pression kPa 13 2,6 Ventricule droit Poumons Ventricule gauche Circ. systémique Remarque: système pulsatile amorti par lélasticité des vaisseaux 2 pompes en séries pour compenser la perte de charge entre le retour veineux (précharge) et le secteur artériel (postcharge). précharge 1 kPa postcharge systémique = 13 kPa (Aorte) pulmonaire = 2,6 kPa (Artère pulmonaire) I- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

3 Chaque pompe : 1 Chambre d'admission (basse pression) Pré charge 1 Post charge 2 2 Valve d'admission (tricuspide, mitrale) 3 3 Ventricule (droit, gauche) 4 4 Valve d'éjection (pulmonaire, aortique)

4 2 - COURBE PRESSION-VOLUME Post charge Pré charge P VTSVTDVolume ventriculaire FA OE contraction isovolumétrique FE éjection OA relaxation isovolumétrique remplissage diastolique Systole Diastole Volume Télé Diastolique – Volume Télésystolique = Volume dÉjection Systolique (VES)

5 3 - COURBES PRESSION-TEMPS Ventricule gauche Oreillette gauche Aorte P (kPa) VTS VTD Vol Temps FA OE FA OE FE OA OA Systole 1/3 Diastole 2/3 Pré charge Post charge

6 4 - METHODES D'ETUDE DE L'HEMODYNAMIQUE CARDIAQUE 4.1- Auscultation Oreillette gauche Aorte FA FE Physiologie : Les bruits normaux du coeur correspondent aux FERMETURES des valves d'admission (tricuspide, mitrale) = premier bruit "TOUM" d'éjection (pulmonaire, aortique) = deuxième bruit "TA" TOUM TA…. 1 2 Systole Petit silence Diastole Grand silence Séquence : TOUM - systole (« petit silence ») – TA – diastole (« grand silence » …

7 Pathologique Turbulent Souffle Pathologie : les souffles cardiaques = écoulements turbulents anormaux. Rétrécissement Fuite Rétrécissement Systole: entre 1er et 2ème bruit Diastole: entre 2ème et 1er bruit Normal Laminaire Silence

8 4.2- Mesure des pressions intracardiaques : Cathétérisme et montée de sondes manométriques : courbes pression-temps 4.3- Mesure des volumes Volumes instantanés : VTS et VTD Cathétérisme + injection de produit de contraste + clichés radio Echocardiographie Mesure des axes et calcul des volumes (avec hypothèse géométrique) Courbe volume - temps Médecine nucléaire: marquage radioactif des globules rouges Mesure de la radioactivité au cours du temps (dune contraction)

9 Radioactivité mesurée (RA) Temps RA*TD RA*TS RA = Vol x Concentration Radioactive (C) VTDxC - VTSxC VTDxC RA*TD – RA*TS RA*TD = VTD - VTS VTD == FE Fraction dÉjection (FE) = VTD - VTS VTD VES VTD = Normale = 60% Systole 1/3 Diastole 2/3

10 Pression kPa 13 2,6 Sang = liquide visqueux perte de charge. 2 pompes en séries pour compenser la perte de charge entre le retour veineux (précharge) et le secteur artériel (postcharge). Ventricule droit Poumons Ventricule gauche Circ. systémique II TRAVAIL CARDIAQUE Donc le cœur doit fournir un travail mécanique pour compenser cette perte de charge

11 II TRAVAIL CARDIAQUE P (kPa) Pré charge Post charge VTS VTD Volume W M = Ep = P V pour une contrcation Quelles valeurs de P et de V ? W M = Mais W M est accompagné d'un travail de mise en tension du myocarde

12 2 - Travail de mise en tension du muscle cardiaque W T = = coef de proportionalité T = tension pariétale du ventricule T = temps Remarque : effet de la dilatation ventriculaire sur W T : loi de Laplace : P = T (1/r 1 + 1/r 2 ) dilatation ventriculaire r 1 et r 2 de T pour maintenir un même P W T 3 - Travail total et rendement Travail total T = W M + W T = + Rendement = WMWM W M + W T = 5%

13 Application : la technique de ventriculectomie partielle pour traiter linsuffisance cardiaque par dilatation du VG. r1=6cm 1 r2=4cm 2 Situation 1 : T1 P = Soit une pression donnée W T1 = Pour réduire T (à P constant) on r P = = T2 = T1 = T1 = T1 W T =

14 III - DETERMINANTS BIOPHYSIQUES DE LA PERFORMANCE VENTRICULAIRE Performance ventriculaire : capacité à assurer un débit circulatoire et des conditions de pression suffisants pour répondre aux besoins de l'organisme avec un rendement maximum. Le débit : D = VES x FC (FC = fréquence cardiaque) Les performances dépendent de 4 paramètres : 1- Contractilité et compliance myocardiques 2- Précharge (loi de Starling) 3- Postcharge 4- Fréquence cardiaque VES

15 1 - Contractilité et compliance myocardiques 1.1- Compliance ou relations pression-volume en diastole (pour le ventricule) : P PTD VTD Vol Définit la façon dont le ventricule se laisse distendre passivement en diastole Courbe de type: P(v) = a exp(k.v) + b Avec k= élastance = 1/compliance Pour k > k Compliance < kk VTD

16 1.2- Contractilité ou relations pression-volume en fin de systole (pour le ventricule) : P Vol VTS Définit la relation pression-volume en fin de systole (résultat de la phase « active » de la contraction). PTS Courbes de type: P(v) = c.v - d Avec c = contractilité On sintéresse surtout au point PTS = c.VTS - d Pour c > c Contractilité > cc VTS

17 1.3- Relations de la compliance et de la contractilité avec la boucle pression-volume FE OA FA La compliance est responsable de la forme de la courbe P/V lors du remplissage diastolique P VTSVTD Vol PTS La contractilité définit le point FE: point (PTS,VTS) entre la phase déjection et celle de relaxation isovolumétrique.

18 1.4- Exemple pathologique: linsuffisance ventriculaire gauche (IVG) = VES - Deux origines possibles. contractilité: IVG systolique compliance : IVG diastolique P P VES (Car VTS2 > VTS1) VES (Car VTD2 < VTD1)

19 2 - Précharge FA PTD P Vol PTD FA VES P du retour veineux VTD suivant la compliance Jusquà la pression de fermeture de la valve dadmission (PTD). VTD VES débit Mais W M aussi

20 Loi de Starling : rappel VES = VTD - VTS VES VTD Le volume d'éjection en systole (VES) est une fonction directe de l'étirement des fibres myocardiques en diastole jusqu'à une distension maximale.

21 Conséquences de la loi de Starling : Partie linéaire (conséquence physiologique) : La loi de Starling assure en permanence un débit identique entre les ventricules droits et gauches. débit VD précharge VG débit VG VDPoumons VG Partie non linéaire (conséquence pathologique) : Dans l'insuffisance ventriculaire gauche, à partir du point critique de la courbe, si le débit du VD augmente, le VES du VG ne peut pas augmenter autant et il y a engorgement entre les deux : l'oedème aigu du poumon VD Poumons VG

22 3 - Postcharge Liée aux résistances à l'éjection du ventricule (Poiseuille P=RD) P Vol VES Postcharge VTS VES débit W M et W T

23 4 - Fréquence Agit directement et rapidement sur le débit : D = FC x VES Remarque : Plus il y a de contractions par unité de temps, plus il y a de consommation d'énergie (mécanique W M et de mise en tension W T ) et moins bon est le rendement.

24 Conclusion : exemple de mise en jeu combinée de ces déterminants biophysiques: l'hypertension artérielle augmentation de la postcharge Effet initial : P P Vol VES VES = Réaction: contractilité Rétablissement des conditions hémodynamiques mais au prix d'une W M


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